環形振盪器的工作原理基於正反饋迴路的特性，它由三個或更多的非門組成，這些非門的輸出端和輸入端首尾相接，形成一個環狀結構。在沒有振盪時，由於門電路的固有傳輸延遲時間，每個非門的輸入和輸出都處於不穩定狀態，即高電平和低電平之間，並且處於放大狀態。
當環形振盪器中的某個非門（例如非門A）的輸入端受到觸發，產生微小的正跳變，這個信號會通過第一個非門（G1）的延遲時間（tpd）傳輸到下一個非門（非門B）。非門B的輸出端接著連線到下一個非門（非門C），非門C的輸出端又返回到非門A的輸入端。由於正反饋的作用，非門A的輸入端會接收到一個幅度更大的負跳變，這個信號再通過G2的延遲時間（tpd）傳輸到非門B，如此循環下去。
最終，在經過3tpd的時間後，非門A的輸入端會再次產生一個正跳變，觸發非門A的輸出端，從而形成一個穩定的周期性振盪信號。振盪周期為T=6tpd，其中T是振盪周期，tpd是單個非門的延遲時間。
環形振盪器沒有穩定的靜態狀態，因為任何一個非門的輸入和輸出都不可能穩定在高電平或低電平，只能處於高、低電平之間，並且處於放大狀態。這種正反饋迴路的特性使得信號在系統內環路中不斷反覆，最終產生穩定的周期性振盪信號。